金刚石工具节块胎体硬度与其金属组分的关系研究

金刚石工具质量的好坏,通常用寿命和切割效率为主要指标来衡量。而这两个指标受许多因素影响。变热压烧结工具而言,结块胎体硬度是易于观测和控制的主要参数,且与上述两项指标的关系密切。因此在实际设计制作节块时,首先根据要求确定节块硬度和与之匹配的金刚石,以便生产出高质量的金刚石工具。根据粉末冶金的特性,合金的硬度常常主要由其组分构成决定。本文将利用线性回归预测的方法,对节块合金的硬度与合金主成分之间的关系     

铜锡钛合金钎焊金刚石及立方氮化硼磨粒界面特征分析

采用一种铜基合金(Cu-Sn-Ti)作为活性钎料,在高真空炉中钎焊连接金刚石、立方氮化硼与45#钢基体,将其牢固钎焊在基体表面.通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪进一步研究活性元素Ti在Cu基合金与金刚石及立方氮化硼结合界面的扩散现象.结果表明:活性元素Ti向金刚石、立方氮化硼表面发生偏聚,生成TiC、TiN、TiB和TiB2;活性元素Ti在向金刚石和立方氮化硼磨粒的扩散存在一定的差异性;铜基合金和钢基体的结合界面发生元素扩散生成铁钛金属间化合物.     

铁基结合剂金刚石节块性能的优化

以性能较好的铁基结合剂为基体,加入表面未镀、镀Ni和纳米Al2O3/Ni复合镀层的金刚石,用热压烧结的方法得到铁基结合剂金刚石节块,测量了金刚石铁基结合剂节块的抗弯强度和耐磨性,采用SEM和EDS对复合镀层和金刚石表面的形貌和组分进行了表征.结果表明:在金刚石表面镀覆纳米Al2O3/Ni层后,复合镀层均匀致密,晶粒细小;在热压烧结中,复合镀层能阻止金刚石的石墨化,使金刚石和基体之间有强的化学结合,所以金刚石和铁基结合剂之间的界面结合紧密,结合剂对金刚石的把持力提高,节块的抗弯强度从468.9 MPa增加到563.8 MPa,磨耗比从349升高到700.     

金刚石与金属(或合金)的结合界面分析

本文从晶体结构方面说明了金刚石化学性质稳定的原因,介绍了提高金刚石工具性能所采用的三种常用方法:金刚石表面金属化、金属基体改性和工艺改变方法.这三种方法起作用的机理可解释为由于强碳化物元素的加入,使得内界面张力系数的降低和发生晶界反应.从而改善了界面结合.另外,本文还介绍了当前金刚石工具的研究主要集中于微量合金元素特别是稀土元素的加入,这可改善金刚石工具综合性能.     

Cu-Sn-Cr真空钎焊金刚石界面微结构分析

为降低钎焊金刚石的热损伤和制造成本,开发了一种适于钎焊金刚石的混合金属粉Cu-Sn-Cr作为钎料,并对金刚石磨粒进行了钎焊实验.采用SEM、EDS及XRD对金刚石焊后界面微结构进行了分析.结果表明:适合钎焊金刚石的活性成分为Cu76Sn19Cr5,该钎料能够实现金刚石的高强度连接.在金刚石与钎料界面处有碳化物生成,钎料组织主要由α-Cu固溶体、Cu41Sn11.金刚石焊后形貌完整,表面基本光滑,表面生成了连续片状Cr7C3.     

Ag-Cu-Ti/TiC复合钎料钎焊细粒度金刚石的研究

在Ag-Cu-Ti合金中加入一定量的TiC颗粒制成复合钎料,进行细粒度金刚石磨粒与45钢基体的真空钎焊实验.运用三维视频显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪分析TiC颗粒、Ag-Cu-Ti合金和金刚石磨粒之间的结合界面.结果表明:TiC颗粒能有效降低试验工艺下Ag-Cu-Ti合金在基体表面的流动性和结晶时产生的隆起,复合钎料在基体表面分布更趋平整,有利于细粒度金刚石钎焊等高性的控制;适量TiC颗粒在结合剂层中的均匀分布,能显著细化结合剂层的显微组织;复合钎料中添加TiC颗粒在实现细粒度金刚石磨粒与钢基体钎焊连接的同时,有效抑制了钎料合金对细粒度金刚石磨粒过度浸润所造成切削刃的包裹,保证了细粒度金刚石磨粒良好的出露.     

Ti对Al-Ti合金与金刚石的润湿性和把持力的影响

本文首先研究了Ti对Al-Ti合金与金刚石润湿性的影响,然后以不同Ti含量的Al-Ti合金为基体,加入金刚石,利用热压烧结制备没有和有金刚石铝基节块.测量了节块的抗弯强度并计算了铝基结合剂对金刚石的把持力.结果表明:随着Ti含量的增加,Al-Ti合金对金刚石的润湿性有明显的改善,所以当Ti含量为5wt;时,没有和含有金刚石的Al-Ti节块的抗弯强度值最高,分别为135 MPa和102.1 MPa;把持力系数最大,达到75.6;.     

人造金刚石/金属包膜界面差异性研究进展

在高温高压条件下,利用过渡族金属触媒合成金刚石单晶时,金刚石单晶表面的金属包膜在不同的生长界面上呈现不同形貌花样,揭示其本质对研究金刚石单晶的合成机理具有重要意义.本文从金属包膜不同界面间在形貌、成分、组织结构等方面的差异性出发,阐述了近年来人造金刚石单晶生长机理的研究现状,同时又提及余氏理论和程氏理论在金属包膜界面研究中的应用.并在此基础上提出今后的研究方向.     

金刚石/金属触媒界面表征及金刚石生长的热力学分析

利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线能谱仪(EDS)研究了高温高压触媒法合成金刚石后金刚石/触媒界面的物相组成,发现铁镍元素与碳元素的原子比为3.1: 1,并分析得出高温高压下界面中存在Fe3C、Ni3C物相结构.据此,利用热力学中经典的ΔG<0判定法,计算Me3C(Me:Fe,Ni)物相分解出金刚石的自由能变化.结果表明:在触媒法合成金刚石条件下(1500～1700 K、5～6 GPa),Me3CC(金刚石)+3Me比石墨金刚石的ΔG更负.因此,从热力学角度看,Me3C的形成,尤其是铁基触媒中Fe3C、Ni3C的形成,说明触媒法合成金刚石单晶是来自于Me3C型碳化物的分解,而并非石墨结构的直接转变.     

微/纳米金刚石复合涂层刀具的制备及切削试验

利用化学气相沉积法在硬质合金基体上制备微/纳米金刚石复合涂层,采用扫描电镜、Raman光谱仪、洛氏硬度计、微粒喷浆试验仪对涂层进行微结构与性能表征,同时进行切削试验.结果表明:涂层表面晶粒细小,颗粒尺寸达到纳米级,涂层纯度高,膜/基结合力好,耐磨性高.切削试验结果显示:微/纳米金刚石复合涂层刀具切削加工工件的表面粗糙度比硬质合金刀具小,其表面粗糙度平均值为0.931μm;从后刀面磨损量结果看出微/纳米金刚石复合涂层刀具使用寿命长;从前、后刀面磨损形貌看出金刚石复合涂层结合力好,耐磨性高.     

高压烧结Al-Ti-cBN复合材料结构表征及界面形成机制研究

实验采用粒度为W10的cBN微粉,利用六面顶压机进行高压烧结,烧结温度、压力、烧结时间分别为1550℃、5.6 Gpa、180 s.利用SEM、EDS、XRD、TEM对样品进行微观形貌、元素分布、物相组成分析,研究其微观组织结构及形成机制.结果表明,cBN与Al、Ti发生放热反应,其反应产物AlN在高温条件下转变为液相,使逆转化的hBN晶粒溶解,并发生cBN晶粒析出、长大过程,形成cBN-cBN直接键合;cBN与硬质合金界面存在2～3 μm的特殊熔体合金过渡区,其主要成分为Co和AlTi合金.     

高取向度石墨基复合材料力学性能及微观结构研究

以ZrB2和SiC为烧结助剂,采用流延-叠层-热压工艺制备高取向石墨基复合材料,并对其抗弯强度、断裂韧性、断裂行为以及微观结构进行了研究.结果表明:该石墨基复合材料结构完整,其中片状石墨颗粒平行热压面高度定向排列.弯曲强度和断裂性能及致密度都得到大幅度提高,垂直片层和平行片层方向测试的抗弯强度和断裂韧性分别为104 MPa、2.07 MPa·m1/2和84 MPa、1.97 MPa·m”2.高取向石墨基复合材料受到不同方向力冲击时的断裂行为显著不同,垂直层面加压时断裂由脆性破坏变为非脆性破坏行为,断裂功达到145 J/m2为平行层面测试的2倍.非脆性破坏行为主要归因于层界和高度定向的片状石墨颗粒诱导裂纹偏转分叉以及片状石墨颗粒桥联拔出.     

成型压力对SiCnf增韧SiC陶瓷基复合材料微观结构和性能的影响

研究采用不同成型压力制备不同体积分数的SiC纳米纤维预制体,并通过前驱体浸渍裂解和反应熔渗联用工艺制备了SiC纳米纤维增韧SiC陶瓷基复合材料.研究了成型压力对SiC陶瓷基复合材料结构和性能的影响.结果表明,通过模压成型可实现高体积分数的SiC纳米纤维预制体的制备.当成型压力为40 MPa时,预制体SiC纳米纤维体积分...     

超高频连续感应钎焊金刚石界面特征

提出超高频连续感应钎焊工艺方法,采用Ag-Cu-Ti合金钎焊金刚石磨粒与大尺寸钢基体.通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDX)对钎焊后的试样界面微观结构以及金刚石磨粒表面生成物形貌特征进行观察和分析.结果表明,超高频连续感应钎焊实现了金刚石、钎料、基体三者之间的连接,钎焊后的钎料层组织晶粒细小,局部区域可见到枝晶状组织.金刚石与钎料层界面存在Ti元素与C元素的反应层,在金刚石磨粒表面生成点状TiC晶体,其直径均100 nm以下,且在金刚石表面呈离散分布.与真空炉中钎焊工艺相比,该界面结构更有利于钎料层对金刚石磨粒的连接把持.     

人造金刚石的微观结构模型

将静态超高压高温合成的人造金刚石晶粒利用RTO包埋法制备成适合TEM观察的样品,发现这些金刚石晶粒是由多根细长的纳米多晶棒沿一定取向规则地以捆束状堆叠、聚集而成,而这些纳米多晶棒之间填充了无定型碳。也就是说,人造金刚石晶粒是由结晶碳素和无定型碳组成的。由此,提出并绘制了人造金刚石晶粒的微观结构模型示意图,可用于解释人造金刚石的各向异性及其他宏观性能特征。在以上结论的基础上,笔者认为业界经常提及的"单晶"金刚石称谓可能并不严谨,可能并不是纯粹由结晶金刚石材料组成。     

不同研磨阶段金刚石磨粒表面覆镍量的优化

通过化学镀镍的方法,分别在两种粒径的金刚石表面镀覆一层增重率不同的Ni-P合金层,利用SEM分析了镀层微观形貌;并将其与树脂混合制备成固结磨料研磨垫,分别作为粗研和精研使用,探索了其加工特性.结果表明:镀层增重率可以明显改变金刚石镀层的微观形貌;精研过程的摩擦系数、材料去除速率和工件表面粗糙度均随着镀层增重率增大呈现先增大后减小的趋势,在镀层增重率30;时达到最大值;粗研过程的材料去除速率和工件表面粗糙度随着镀层增重率增大呈现先增大后减小的趋势,在镀层增重率50;时达到最大值;粗研过程对磨粒把持力的要求高于精研过程.     

热稳定性混合生长型聚晶金刚石研制

本文在分析国内外钻探用聚晶金刚石应用及性能基础上,研制开发耐高温界面生长型聚晶金刚石,采用0.05钴片或钴铁片(5;铁)扩散工艺,对工艺组装制备及合成工艺条件进行详细分析论证,建立一种界面生长型聚晶金刚石合成工艺,由于采用强酸处理方法去除残余金属钴存在处理不彻底及对性能影响大缺陷,通过分析国内外聚晶热稳定性基础上,得出生长型聚晶晶间结构即Co存在状态是提高热稳定性关键,通过降低进入聚晶金属Co含量和改变晶间物相及组成,即主要是改变金属Co存在状态,加入适量金属Ti、W,在扩散生长同时生成新的固溶体-硬质合金,即TiC-Co、 WC-TiC-Co固溶体,从而改变聚晶显微组织中残留Co存在状态,并对样品进行电镜扫描、电子探针分析、转靶X射线衍射分析等分析,研究证明其结构基本是D-D键结合的高晶体,晶粒金刚石之间是D-D键错综连接形成多孔网状结构,产品具有高自锐性和热稳定性,热稳定达到1473K.最后对生长机理进行初步分析,并提出界面生长机理.     

金刚石工具胎体性能的弱化问题研究

本文研究了金刚石工具胎体材料的性能"弱化"问题.提出了"弱化"胎体材料的某些性能,对于提高工具切割使用性能是一种有效方法."弱化"的效果和"弱化"的程度可以分别用切割指数Z和耐磨性失重Δm来表怔.建立了切割指数Z与胎体耐磨性失重Δm之间的关系,将"弱化"的设计思想具体化和实用化.